軟磁基礎(chǔ)知識(shí)講稿

1、軟磁基礎(chǔ)知識(shí)講稿軟磁鐵氧體基礎(chǔ)知識(shí) -營(yíng)銷人員培訓(xùn) 一. 軟磁鐵氧體簡(jiǎn)述 二. 軟磁鐵氧體主要參數(shù) 四. 軟磁鐵氧體分類及應(yīng)用一. 簡(jiǎn)述軟磁鐵氧體研發(fā)于二十世紀(jì)三十年代，上個(gè)世紀(jì)四十年代開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)。我國(guó)于上世紀(jì)六十年代由本所開(kāi)始研發(fā)，經(jīng)過(guò)五十年來(lái)的發(fā)展，軟磁鐵氧體工業(yè)化生產(chǎn)日趨成熟，由歐美國(guó)家紛紛開(kāi)始轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國(guó)家，特別是中國(guó)已經(jīng)成為生產(chǎn)軟磁鐵氧體主要國(guó)家，但其品質(zhì)仍是以中低檔水平為主。就其原因來(lái)說(shuō)，主要在于原材料品質(zhì)和工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化裝備。什么是軟磁鐵氧體呢？就磁滯回線而言，矯頑力比較低，利用磁導(dǎo)率特性的一類鐵氧體。其制備方法是采用下面工藝流程所示的陶瓷生產(chǎn)工藝。一. 簡(jiǎn)述軟磁鐵氧體研發(fā)

2、于二十世紀(jì)三十年代，上個(gè)世紀(jì)四十年代開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)。我國(guó)于上世紀(jì)六十年代由本所開(kāi)始研發(fā)，經(jīng)過(guò)五十年來(lái)的發(fā)展，軟磁鐵氧體工業(yè)化生產(chǎn)日趨成熟，由歐美國(guó)家紛紛開(kāi)始轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國(guó)家，特別是中國(guó)已經(jīng)成為生產(chǎn)軟磁鐵氧體主要國(guó)家，但其品質(zhì)仍是以中低檔水平為主。就其原因來(lái)說(shuō)，主要在于原材料品質(zhì)和工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化裝備。什么是軟磁鐵氧體呢？就磁滯回線而言，矯頑力比較低，利用磁導(dǎo)率特性的一類鐵氧體。其制備方法是采用下面工藝流程所示的陶瓷生產(chǎn)工藝。工藝流程圖預(yù)燒粉碎選粒干混濕混球磨機(jī) 械成 型燒結(jié)檢 測(cè)包 裝預(yù)處理涂覆配料混 合 要生產(chǎn)出軟磁鐵氧體容易，但要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)軟磁鐵氧體也并非容易之事。因?yàn)槌苏_配方設(shè)計(jì)之外，在

3、固相反應(yīng)過(guò)程中，要嚴(yán)格控制氣氛和晶柱尺寸大小及均勻性都是十分困難的。所謂鐵氧體，就是分子式為MFeO4（M為Ni，Mn，Zn，Li，Cu）的尖晶石結(jié)構(gòu)組成的軟磁鐵氧體。 當(dāng)然，除了上述制備鐵氧體工藝外，還有其他諸如共沉淀法、低溫?zé)Y(jié)制備片式電感法等。二. 軟磁鐵氧體主要參數(shù)軟磁鐵氧體被磁化時(shí)，產(chǎn)生了如圖1所示磁滯回線： 圖1. 磁滯回線1. 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs 鐵氧體在受到磁場(chǎng)H5Hc時(shí)所得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs。2. 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br 當(dāng)磁場(chǎng)H加大到磁性材料飽和時(shí)，再單調(diào)下降到磁場(chǎng)為零時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br。3. 矯頑力Hc 磁性材料被磁化到飽和時(shí)，沿飽和磁滯回線單

4、調(diào)改變磁場(chǎng)，待磁感應(yīng)強(qiáng)度降低到零時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為矯頑力Hc。4. 起始磁導(dǎo)率i 處于中性狀態(tài)磁性材料被磁化時(shí)，磁場(chǎng)趨于零時(shí)的磁導(dǎo)率稱為起始磁導(dǎo)率i 。 磁性材料被磁化時(shí)磁導(dǎo)率變化如圖2所示： 圖2. 磁導(dǎo)率隨磁變化 起始磁導(dǎo)率i是軟磁鐵氧體最重要的參數(shù)，產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上所標(biāo)示的i均是按照IEEE標(biāo)注，即所加磁場(chǎng)小于5mv，對(duì)于標(biāo)磁磁環(huán)（16*10*5，25*10*8）所得數(shù)據(jù)。i 通常由如下公式計(jì)算： L電感，N匝數(shù)，D磁環(huán)外徑，d磁環(huán)內(nèi)徑，H磁環(huán)高度（cm） 如果商家給出尺寸，匝數(shù)和電感L，就可以十分方便的計(jì)算i ，也可以初步的判斷商家應(yīng)用什么樣的材料。5. 電感因數(shù)AL 在磁芯上繞上一定匝數(shù)線

5、圈，在單位線圈上所產(chǎn)生的電感稱為電感因數(shù)AL. AL=L/N2 6. 比損耗正切tg/ i tg=s”/s 式中s 為復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率實(shí)部， s” 為復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率虛部如圖3所示： 磁性材料在交變場(chǎng)每周期中損耗能量與儲(chǔ)存能量之比。 tg表示 低場(chǎng)下材料能量的損耗。tg/ i是衡量材料損耗大小的重要參數(shù)。 7. 品質(zhì)因數(shù)Q Q表示損耗正切的倒數(shù)。其數(shù)值表示在特定尺寸、特定線圈匝數(shù)、 特定頻率下磁芯損耗的大小。所以Q值通常不能用來(lái)表示材料損耗特性。8. 功耗P 在特定頻率和高的磁感應(yīng)強(qiáng)度下測(cè)得的材料損耗。一般用K/m3或m/g來(lái)表示。9. 溫度系數(shù) 在兩個(gè)溫度間隔之間，所測(cè)得磁芯電感相對(duì)變化量除以引起變化溫

6、度差。10. 比溫度系數(shù)11. 居里溫度Tc 磁性材料自發(fā)磁化為零時(shí)所對(duì)應(yīng)溫度，如圖4所示：12. 直流電阻率 單位長(zhǎng)度測(cè)得直流電阻大小，以-cm或-m表示。三. 國(guó)內(nèi)外主要鐵氧體公司1. 日本TDK公司 該公司是生產(chǎn)研發(fā)力量最強(qiáng)、世界最著名鐵氧體公司。就當(dāng)今世界而言，該公司已經(jīng)代表世界最高水平，就整個(gè)亞洲而言，都以該公司標(biāo)準(zhǔn)為參考。近年來(lái)，該公司除了在本土生產(chǎn)外，也紛紛在中國(guó)、臺(tái)灣、泰國(guó)、菲律賓、馬來(lái)西亞等國(guó)設(shè)立分廠。2. 日本FDK公司3. 日立金屬鐵氧體公司 該公司除在本國(guó)建廠外，在我國(guó)廣東也設(shè)立了分廠。4.PHILIPS公司 該公司早期是研究生產(chǎn)軟磁鐵氧體水平最高的公司之一。隨著鐵氧體

7、發(fā)展日趨成熟，近年來(lái)紛紛退出該領(lǐng)域。5. 西門子公司 該公司與PHILIPS公司情況基本相同。 6. 美國(guó)FAIRRITE公司 該公司主要做IT產(chǎn)業(yè)用的小磁芯，我所曾派人員去參觀過(guò)該公司。 7.天通公司 該公司是民營(yíng)企業(yè)，全部生產(chǎn)軟磁鐵氧體。它是在899廠的工程技術(shù)人員幫助下建立起來(lái)的，我所也有人員去該公司工作。 8. 東磁集團(tuán) 該公司也是民營(yíng)企業(yè)，主要生產(chǎn)恒磁、偏轉(zhuǎn)磁芯以及軟磁鐵氧體，它聘用了多名國(guó)內(nèi)外專家解決技術(shù)工藝問(wèn)題，其產(chǎn)值達(dá)20多億元，其產(chǎn)品主要出口到海外。四. 軟磁鐵氧體分類與應(yīng)用按其材料類別可分為：MnZn軟磁鐵氧體。其主要使用頻率段為0.01MHz3MHz的低場(chǎng)和高場(chǎng)鐵氧體器件

8、。NiZn軟磁鐵氧體。因其電阻率高，主要適用于0.1MHz200MHz低場(chǎng)和高場(chǎng)鐵氧體器件。MgZn軟標(biāo)磁鐵氧體。因其表面電阻率高，Bs低，成本低，主要適用于0.01MHZ1MHZ偏轉(zhuǎn)磁芯，近年來(lái)也大量用于EMI磁芯，但性能較差。六角晶系軟磁鐵氧體。主要用于1000MHz以上特高頻器件。 2. 按其形狀可分為： 開(kāi)路型和閉路型兩大類。分別有棒型、環(huán)型、EE型、EI型、RM型、PQ型、U型等等。 軟磁鐵氧體由于電阻率高，原材料成本低和高的導(dǎo)磁率，經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，在廣播電視、通訊等各種電子設(shè)備中早已處于主導(dǎo)地位，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。軟磁器件基本功能能量?jī)?chǔ)存、訊號(hào)傳輸和能量轉(zhuǎn)換，它的基本用途是作電感器

9、和變壓器。現(xiàn)將其主要用途予以介紹。軟磁鐵氧體應(yīng)用鐵氧體功率材料MnZn鐵氧體是軟磁鐵氧體主體，然而MnZn功率型鐵氧體又是MnZn軟磁鐵氧體的主體。隨著數(shù)字技術(shù)和高頻技術(shù)的發(fā)展，相應(yīng)的MnZn功率鐵氧體Bs要求也在提高，功耗在降低，使用頻率在增加。這種材料廣泛用于開(kāi)關(guān)電源，工作頻率從25KHz提高到1MHz，應(yīng)用鐵氧體做開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)份額已占整個(gè)電源市場(chǎng)的80%，各種代表材料見(jiàn)表一： 表一：主要功率鐵氧體從上表可看出，早期PC30僅適用于25KHz開(kāi)關(guān)電源，目前大量使用 的PC40、PC44已能在50KHz200KHz開(kāi)關(guān)電源中廣泛使用，使用量 逐漸增大的PC50可在500KHz1MHz開(kāi)關(guān)電源

10、中使用。隨著數(shù)字化技 術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，未來(lái)1MHz以上的開(kāi)關(guān)電源材料3F4、4F1可以成功得 到應(yīng)用。更高頻率開(kāi)關(guān)電源寄希望于具有高電阻率NiZn功率鐵氧體材 料。在寬溫范圍內(nèi)具有低功耗負(fù)溫度系數(shù)的PC95材料正是目前熱門 材料。在目前的無(wú)極燈應(yīng)用中，使用頻率在2.65MHz。3F4和4F1材料是目 前功率材料首選材料。特別是80W120W無(wú)極燈應(yīng)用材料，要求功耗低，居里溫度高，溫度穩(wěn)定性能好。2. 高i軟磁鐵氧體 為適應(yīng)電子產(chǎn)品小型化的要求，在電子技術(shù)，特別是在寬帶變壓器和脈沖變壓器中，高材料一直為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)材料。為2000040000早已開(kāi)發(fā)出來(lái)，但至今能真正應(yīng)用的高材料為100001

11、5000MnZn鐵氧體。我國(guó)通過(guò)多年努力，目前也能用氧化物法制備出為1000012000MnZn鐵氧體，但其性能仍落后于國(guó)外產(chǎn)品性能。比較有代表的見(jiàn)表二： 表二：高磁導(dǎo)率鐵氧體3. 射頻鐵氧體所謂射頻鐵氧體是指運(yùn)用傳輸線理論而設(shè)計(jì)寬頻帶鐵氧體器件所使用的鐵氧體。如R1K、R1K5、R2K、R3K鎳鋅鐵氧體，以及雙5000和i為10000的錳鋅鐵氧體。在射頻器件中，不僅應(yīng)用材料，而且還用材料”，從而使器件頻率大大拓寬（幾兆2000MHz）。 諸如射頻變壓器、功率分配器、混頻器，定向耦合器等等。從而拓寬了軟磁鐵氧體應(yīng)用范圍。 4. EMI軟磁鐵氧體隨著信息化技術(shù)迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品小型化，多功能化，數(shù)字化越來(lái)越引起人們關(guān)注，人們使用電子產(chǎn)品受到電磁干擾越來(lái)越嚴(yán)重。為了有效抑制電磁干擾，人們往往采取了各種抗干擾元件，其中EMI鐵氧體元件因其價(jià)格低廉，抗干擾效果好，使用方便，從而被廣泛應(yīng)用。